淺談鋼筋銹蝕與房屋結(jié)構(gòu)耐久性

孔維平

摘 要：現(xiàn)如今，隨著大家生活水平的提高，大家對生活質(zhì)量也日益關(guān)注，關(guān)于房屋質(zhì)量的話題也隨之展開，房屋的穩(wěn)固與否直接與生命安全相關(guān)。房屋建造最重要的便是鋼筋砼結(jié)構(gòu)，鋼筋的銹蝕是造破壞鋼筋砼耐久性的最主要的、最直接的因素，也是砼房屋耐久性破壞的主要因素之一。本文從銹蝕的機理、影響因素及影響后果等方面進行討論。鋼筋銹蝕是比較普遍、并且嚴重損害結(jié)構(gòu)安全的耐問題。它在影響建筑物結(jié)構(gòu)物耐久性因素中，占據(jù)主要地位。歐美等國每年均花費大量資金用于砼結(jié)構(gòu)的耐久性修復(fù)，其中鋼筋銹蝕損害占有相當(dāng)大的比例。我國每年也有相當(dāng)數(shù)量的房屋受鋼筋銹蝕影響影響結(jié)構(gòu)安全，鋼筋銹蝕的防治研究非常重要。

關(guān)鍵詞：鋼筋銹蝕;房屋;耐久性

一、鋼筋銹蝕對砼結(jié)構(gòu)造成的危害

我們國家幅員遼闊，氣候條件差異很大，很多地區(qū)環(huán)境污染非常嚴重，給房屋造成侵害很大。房屋結(jié)構(gòu)的安全與否直接關(guān)系到消費者的生命和財產(chǎn)安全。因此，我們必須在建筑施工過程中把好質(zhì)量安全關(guān)，將房屋結(jié)構(gòu)的安全性放在第一位，努力控制好房屋結(jié)構(gòu)建筑物中普遍存在鋼筋銹蝕問題。

1.鋼筋銹蝕問題研究的意義

房屋建筑的設(shè)計和施工離不開對房屋結(jié)構(gòu)耐久性研究，對房屋結(jié)構(gòu)耐久性研究就離不開鋼筋銹蝕問題，如不加以研究會給房屋建筑在將來的使用時留下安全隱患。

2.鋼筋銹蝕危害

鋼筋銹蝕是目前造成鋼筋砼房屋耐久性損傷的主要的、直接的因素，也是砼房屋破壞的主要形式之一。鋼筋銹蝕對房屋結(jié)構(gòu)的破壞一般分為三個時期：前期在鋼筋表面局部出現(xiàn)銹蝕、銹斑、銹片等等;中期在鋼筋的整個表面出現(xiàn)銹蝕，并產(chǎn)生膨脹發(fā)生層裂;后期的表現(xiàn)為鋼筋鐵銹又進一步的膨脹，導(dǎo)致砼本身發(fā)生破壞，出現(xiàn)順筋脹裂、砼脫離現(xiàn)象，首先由于鋼筋不斷銹蝕，導(dǎo)致有效截面不斷減小，截面積面積減少，致使鋼筋的力學(xué)性能下降。其次導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間的結(jié)合強度下降，不能將拉伸強度有效傳遞給混凝土。由于生成的銹蝕物體積越來越大，產(chǎn)生積聚后會對混凝土的擠壓力增大，使鋼筋與混凝土界面結(jié)合強度下降直至喪失，影響正常使，用致使結(jié)構(gòu)承載力不斷的下降，最終鋼筋砼構(gòu)件喪失基本承載力，嚴重時可能導(dǎo)致建筑物遭到破壞。

大量調(diào)查證明：鋼筋砼結(jié)構(gòu)由于鋼筋腐蝕造成破壞的情況遍及房屋建筑各個部位。鋼筋銹蝕致使房屋結(jié)構(gòu)遭到嚴重性破壞，并造成了巨大的直接或間接的經(jīng)濟損失。據(jù)初步不完全統(tǒng)計，全世界每年因鋼筋銹蝕造成的損失約占總產(chǎn)量的1/4，數(shù)量觸目驚心。

3.房屋鋼筋銹蝕主要部位

基礎(chǔ)部位：由于施工過程中無法完全控制好鋼筋保護層和基礎(chǔ)防水，致使鋼筋裸露，同上升的地下水接觸進而產(chǎn)生鋼筋銹蝕現(xiàn)象。

屋頂部位：屋面防水采用SBS或改性瀝青防水卷材等傳統(tǒng)材料，施工工藝單一化，在施工過程中存在很多不可控制性因素會造成防水不徹底不全面，其次屋面防水在受外界環(huán)境因素影響老化快、易破損等現(xiàn)象同樣是鋼筋銹蝕的主要原因。

二、房屋中砼鋼筋銹蝕機理

在正常情況下，由于初始砼的存在高堿性，房屋結(jié)構(gòu)鋼筋表面有一層致密的鈍化膜，其處于鈍化狀態(tài)。但隨著后期環(huán)境介質(zhì)的侵入，鈍化膜遭到破壞，從而致使腐蝕發(fā)生。

（一）鋼筋發(fā)生銹蝕需要三大基本要素

（1）鋼筋表面的鈍化膜的損壞;

（2）有充足的氧氣;

（3）有適宜的濕度。

鋼筋表面鈍化膜破壞后，在氧氣、水的共同作用下，鋼筋表面不斷發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，逐漸銹蝕，引起砼開裂。鋼筋保護層的碳化是造成鋼筋表面鈍化膜破壞的主要原因，碳化原因是砼不密實，抗?jié)B性能不足。不密實的砼由于二氧化碳的侵入，砼的堿性降低，砼保護層受拉開裂等造成全部或局部地破壞鋼筋銹蝕表面的鈍化的狀態(tài)，鋼筋表面的不同的部位會出現(xiàn)較大的電位差，在一定的環(huán)境下鋼筋就開始銹蝕。

（二） 鋼筋的銹蝕引起因素

目前砼中鋼筋銹蝕的原因主要有兩種：其一是砼碳化引起的鋼筋銹蝕;第二是氯離子侵蝕而導(dǎo)致的鋼筋銹蝕，其原因如下：砼中的水泥在水化作用下所產(chǎn)生Ca（OH）2，使砼的孔隙之中形成大量的（OH）-，砼內(nèi)部環(huán)境酸堿值介于12.5～13.5之間，鋼筋長期在這樣的堿性環(huán)境中，表面形成厚度（20～60）×10-10 m的鈍化膜，保護鋼筋不銹蝕。

1、砼碳化引起的鋼筋銹蝕：當(dāng)砼周圍縫隙中的CO2滲入砼中，不斷消耗（OH）-，降低了鋼筋表面的（OH）-濃度，鈍化膜慢慢的被破壞，逐步引起鋼筋銹蝕并膨脹，砼開始開裂脫落。

2、氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕：由于Cl-的半徑小，活性大，具有很強的穿透鋼筋表面鈍化膜的能力，當(dāng)砼中含有一定濃度的Cl-時，它會吸附在鋼筋鈍化膜有缺陷的地方，導(dǎo)致鋼筋局部表面的鈍化膜破壞，繼而出現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，使鋼筋產(chǎn)生嚴重的坑蝕、銹蝕現(xiàn)象。在這種化學(xué)反應(yīng)中，Cl-不會被消耗，會持續(xù)不斷地造成鋼筋銹蝕。我們平時所說的海砂造成的鋼筋銹蝕就是這種情況。

這兩種原因造成的鋼筋銹蝕存在著明顯的差異，而日常發(fā)現(xiàn)的砼結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕多為碳化造成的。發(fā)生鋼筋銹蝕的三個因素都與侵蝕性介質(zhì)的侵蝕有關(guān)，保護層厚度對鋼筋銹蝕的影響呈線性關(guān)系，因此規(guī)范對鋼筋保護層的厚度作了詳細的規(guī)定。伴隨結(jié)構(gòu)環(huán)境條件的劣化，砼保護層厚度也在增加。砼的密實度也影響著砼的滲透性，密實度低的砼滲透性高，更容易發(fā)生銹蝕。

三、鋼筋銹蝕對鋼筋砼房屋耐久性的影響

鋼筋銹蝕后直接造成鋼筋的截面積減少，不均勻的銹蝕導(dǎo)致鋼筋表面凹凸不平，也就產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使鋼筋的力學(xué)性能降低，導(dǎo)致房屋結(jié)構(gòu)承載力降低，嚴重的會造成房屋結(jié)構(gòu)整體受力不均直接或間接威脅到消費者生命和財產(chǎn)安全。

1.房屋建筑結(jié)構(gòu)中銹蝕鋼筋對房屋結(jié)構(gòu)極限強度的影響

因為房屋建筑中鋼筋使用環(huán)境的不穩(wěn)定性、鋼筋各部位的受力程度的不同等，導(dǎo)致房屋砼結(jié)構(gòu)中鋼的筋銹蝕不可能有均勻銹蝕的情況，銹蝕的不均勻性和離散性增大，致使重量損失率與截面面積損失率的差異也更大。因此，鋼筋極限抗拉能力的下降，除鋼筋截面的銹損、有效截面面積減少以外，還有一個因素：銹蝕損壞鋼筋的表面凹凸不平，受力以后在凹陷處產(chǎn)生集中應(yīng)力，致使房屋砼結(jié)構(gòu)中銹蝕鋼筋的屈服強度、抗扭、抗剪、抗拉等強度降低。